基于GPRS的智能消防信息管理系统设计

江 涛，陈 进，徐慧鹏，董功云

（江南大学 机械工程学院，江苏 无锡214122）

基于GPRS的智能消防信息管理系统设计

江 涛，陈 进，徐慧鹏，董功云

（江南大学 机械工程学院，江苏 无锡214122）

为了尽量避免盲目报送火警信息以及因为自身故障而漏报火警信息的情况，以及快速准确的处理火灾隐患，提高消防系统可靠性，开发了基于GPRS的智能消防信息管理系统。系统通过实现对设备状态24小时无缝隙监控、短信提示、值班查岗功能来确保工作人员收到报警信息，及时处理火灾隐患。此外，系统综合考虑温度、烟雾、气体浓度以及工作环境等因数，提出了智能分析方案，能够在一定程度上能够减少因火灾给人们带来的危害。实际测试表明，系统能够达到设计要求。

GPRS；短信提示；消防管理系统；火灾隐患；智能分析

随着计算机信息技术的快速发展，消防远程监控系统普遍应用到社会生活中。然而不幸的是，从一些火灾事故现场的调查分析情况来看，很多是由于室内的探测器不能工作、火灾报警控制器没有正常运转、联动设备没有启动等因素造成了火灾延报、漏报，而错过了最佳的救助和灭火时机，这将给受灾人们带来的是致命的灾难[1]。通常情况下常常在小区或大型建筑会配有消防相关专业人员上班，来保证火灾报警设备正常运行。但现实生活中很多值班人员的上岗率非常低，并且经常存在脱岗的情况，这将带来很大的消防隐患[2]。文中主要探讨一种基于GPRS的智能消防信息管理系统，实时监控设备现场状态，解决由于管理人员视觉疲劳或工作人员脱岗等人为因数造成的隐患，并且能自主提醒工作人员火灾应急处理方案，从而减少人力物力，准确快速处理火灾隐患，提高火灾监控系统可靠性。

1 系统整体方案设计

系统主要由3部分构成：传感器与联动设备参数采集模块、参数信息传输模块以及后台数据分析处理模块。主要工作原理如下：设计一块单片机微处理器与所购消防主机相连，用来采集与消防主机连接的各单位数据。将这些数据通过GPRS和Internet网络传输给终端系统，通过终端系统的后台处理模块分析数据，提取所需信息并存储进数据库，最后在管理软件上显示出来。终端服务系统提供参数报警，智能分析以及短信提示功能。总体设计方案如图1所示。

图1 系统总体结构图

2 参数采集模块设计

参数采集模块数据采集主要通过各单位消防主机采集其下各传感器、联动设备传来的温度、烟雾、气体浓度信息以及各联动设备开关量等等。其中温度、烟雾及气体浓度作为火灾发生可能性的判断依据，各联动设备开关状态作为事发地点安全保障功能可靠性大小的判断依据。微处理器与主机相连，截取主机获得信息，所有数据通过微处理器存储提取，由终端后台服务软件分析。

考虑到国内市场主要存在两类消防主机，一类是出现较早，技术相当成熟，经过时间考验的RS485总线技术的消防主机[3]（代表产品：海湾消防主机）；另一类是新兴发展并盛行起来的CAN总线技术的消防主机，这类消防主机性能好，总线利用率高[3]（代表产品：北大青鸟消防主机）。微处理器设计必须兼容这两类主机，通过RS485和CAN总线，读取前端传感器数据进行分析处理。

微处理器选取 STM32F103RCT6为主 MCU，STM32F103RCT6使用高性能的ARMRCortexTM-M3 32位的RISC内核，工作频率为72 MHz，内置256K字节的闪存和48 K字节的SRAM），丰富的增强I/O端口和联接到两条APB总线的外设，可工作于-40° C至+105°C的温度范围。火灾检测控制板详细框图设计如图2所示。

图2 火灾检测控制板框图

控制系统由+5 V外部电源供电，通过DC-DC电源芯片转换成+3.3 V给STM32F103 MCU，系统也可以通过外置的3.3 V锂电池供电，双电源供电系统保证了在外部+5 V电源意外掉电的情况下，系统仍然能继续工作。

采集数据过程中由于温度，气体浓度数皆非整数，不符合要求，需进行调整。对温度数据取整，误差±1°。同理对气体浓度数据处理（如果有必要，乘以一定基数）。

3 通信方式选择

系统具备短信提示功能，在短信发送模块，考虑到功能需求较低，2G网络完全够用，采用全球移动通信系统 （Global System for Mobile Communication，GSM）。短信提示功能流程如图3所示，终端软件接收到报警或故障，离线信息，从数据库未处理信息表提取报警类容，报警等级，发送对象，通过TC35机器发出短信提示。短信格式大致为：楼层地址+报警设备+设备状态+报警等级。设定报警延时T，如果当前时间减去报警时间之值大于T，则火警级别自动加1级，根据报警级别不同，短信发送内容不同，最高等级设为3级，若报警级别达到3级，则发送对象指定为该单位全部注册人员或消防单位。接受对象可以根据设备状态，报警等级决定优先处理顺序，以及选择谁来处理。从而避免所有信息杂乱盲目处理，导致报警、故障信息未能及时处理，与此同时也影响企业工作效率。

系统选择通信方式时，考虑到客户所在地点以及工作环境不确定性，分布范围可能较广等因数，建立无线基站的可行性近乎为零。此外无线基站耗资巨大，建设周期长、维护困难，且使用时需申请频道[4]。相对来说低功耗、低成本的GPRS技术则成了大家广泛选择的无线网络通信技术，GPRS技术具有经济（按流量计费）、安全、可靠、24小时在线、覆盖面广等优点[5]。系统采用GPRS DTU模块与单片机相连（后期可以考虑将微处理器和GPRS DTU整合成一个单片机模块）。通过GPRS DTU可实现无线远程数据传输，将单片机获得的数据传输给终端服务器，终端服务器配备有comway无线串口软件，设定好虚拟串口用来接受数据。

图3 短信发送原理图

表1 主机信息表

在工业控制系统中，往往利用PC机作为上位机，单片机作为下位机，形成一个主从系统[6-8]，基于GPRS的智能消防信息管理系统采用这种主从系统，PC机与单片机之间通过串口实现数据和命令信息传递。在远程管理系统中，由于Delphi具备强大的数据库开发应用能力，可视化的工作环境等等优点备受开发人员青睐[9-10]。另选择相对简单并且适用性较强的spcomm控件进行串口通信。

数据库存储各个微处理器传来的报警故障信息，考虑到消防主机型号可能不同，探测器对应消防主机也可能不同，应加以区分，保证接收到的报警数据所对应的消防主机，客户单位一致，以便确定采集数据准确以及方便其他操作。系统通过读不同串口数据区分具体哪台主机发出的报警数据，其中相关数据库主机表设计大致如下：

利用串口区分报警信息，主要代码如下：

4 终端软件设计

在数据库应用方面，SQL Server具有价格低，功能全面，数据处理能力强，易操作等优点[11-12]，广泛被中小型企业所接受。终端软件开发环境选择的是Delphi7.0编程软件，采用SQL Server2008数据库存储数据，终端软件需要实现对所有注册设备状态监控。数据库初始设定默认所有注册设备状态为在线状态，通过实时查询数据库信息实现对设备现状的即时监控，如图4（图中状态通过模拟数据获得）。设备状态一般有4种：报警、故障、离线以及在线，对应单片机采集存储数据一般为16进制数据。单片机最终存储数据形式为：02 01 00 04 00 00 00 81 86 03；总共10个字节，分别代表意义如下：

图4 设备现场状态示意图

终端软件采用智能分析方案，工作原理如图5所示，对于出现的报警信息，先判断是否属于温度（烟雾）报警，应公司要求对于同一地点指定时间内出现温度、烟雾两种报警，即视为该地发生火警。

对于单一的温度 （烟雾）报警或其他传感器报警，则在检测工作环境后，检测相关因数信息，综合判断火灾可能性，主要参考因数为现场温度、烟雾及气体浓度。

图5 智能分析方案原理图

杨宗凯，王殊等前辈对神经网络前馈算法做过深入研究，认为这种模型能够输出我们需要的火灾概率[13]。Nohmi Bosai公司的Y.Okayama曾提出一种BP网络的前馈神经网络算法，分别对光电烟雾、温度、CO等火灾信号进行了研究[14-15]，火灾概率、危险性判断规则可由此得出。其原理是通过分析单位时间内温度，气体浓度，CO浓度变化量（归一处理），将其做为输入值，同时定义适当值对应的火灾可能性，危险性，通过神经网络的自学习功能推出其他值所对应的可能性，危险性。当检测到报警信息时，系统采取报警前三分钟内的测量值作为分析对象，最后将火灾可能性，危险性归一处理。

智能分析方案需要综合统计分析报警设备，火灾可能性，火灾危险性，火灾类型，火灾发生地点工作环境等因数，最后建立知识库。知识库存储不同类别，不同探测器报警，不同概率，危险性所对应火灾处理方案。通过Y.Okayama的前馈神经网络算法获得火灾概率，危险性，如果将火灾发生概率，火灾危险性各分三级，则共有九种方案。火灾类型主要与设备工作环境储存物质相关，常见类型有A、B、C、D、E、F 6种。加入火灾类型则有54种处理方案，再根据火警主要判断依据：温度、烟雾及CO探测器，共有162种处理方案，手动报警方案另立，对于手动报警可自动加重一级处理，最终制定规则类型大致如下：

If（Category=温度探测器）and（P＞0.8）and（S＞0.8）and Style=B then输出：火灾，危险等级高，立即联系消防员做好B类火警处理措施。

If（Category=温度探测器）and（P＜0.2）and（S＜0.2）and Style=A then输出：非火灾，危险等级低，温度探测器可能发生故障，请查看。

If（Category=CO探测器）and （0.2＜P＜0.5）and（0.5＜S＜0.8）and Style=E then输出：有可能发生火灾，危险等级较高，做好E类火警处理措施，检测CO气体异常，做好防备。

If（Category=手动报警）and （0.5＜P＜0.8）and（0.5＜S＜0.8）and Style=E then输出：手动报警，危险等级提高一级处理，视为火灾，立即联系消防员做好E类火警处理措施。

If （Category=烟雾探测器）and （P＜0.2）and（S＜0.2）and Style=A then输出：非火灾，有工作人员在此吸烟或烟雾探测器发生故障，请查看。

其中 P代表火灾可能性，S代表火灾危险性，Style代表火灾类型，对于上述制定的规则，可根据实际报警误报概率再次整合，修改知识库，最终可以得到一套相对正确的火警判别处理方案。

对于工作人员脱岗这一现象，系统增加了巡更查询功能，管理人员不定时发送查询任务，工作人员需要就此及时回复，防止工作人员脱岗。

5 结束语

系统设计之初针对设备故障，人为因数造成火灾隐患未及时处理这类情况，从短信提示、设备实时监控以及巡更查岗3个方面提出解决方案。此后根据实际情况需要，系统还提出智能分析方案，有助于正确处理火灾，整个系统采用工业工程思想，能准确快速处理火灾隐患，系统设计之初考略到适用性（兼容RS485和CAN总线两种模式主机），能适用绝大部分工作环境。新的系统依然存在自己的不足之处，比如智能分析方面需要的探测器性能要求较高，应继续修改方案提高实用性。

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Design of intelligent fire management system based on GPRS

JIANG Tao，CHEN Jin，XU Hui-peng，DONG Gong-yun
（School of Mechanical Engineering，Jiangnan University，Wuxi 214122，China）

To avoid blindly submitted to the fire due to itself failure and omission fire information，get rid of the fire hazards rapidly and exactly，improve the stability and reliability of fire monitoring system，this intelligent fire management system based on the GPRS network is introduced in the paper.The system can provide SMS notification and routine check functions to make sure the person who is on duty could receive alarm information and mitigate the fire hazard in time.In addition， considering temperature，smoke，gas concentration，work environment and other factors，the system provides dynamical 7*24 hours analysis solutions，to some extent reduce the hazards due to fire.Practical tests show that the system can meet the design requirements.

GPRS；SMS notification；fire management system；fire hazards；intelligent analysis

TN948.11

：A

：1674-6236（2017）02-0040-05

2016-01-14稿件编号：201601100

江 涛（1991—），男，江苏东台人，硕士研究生。研究方向：管理信息系统及企业信息化。